Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное

11955449 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУОпубликовано 30.08.82. Бюллетень32 лв делам лэееретений и еткрмтийДата опубликования описания 05,09.82(72) Авторы изобретения Л. П. Мельничук, А. В. Новосельцев и 1 О. И. 1 Заявитель Институт электродинамики АН Украинской С(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕ В КВАЗИСИНУСОИДАЛЬНОЕ роиства, реализуюржащие два инверИзобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для электроснабжения современных вычислительных комплексов, автоматических систем управления, связи и навигации, предьявляющих повышенные требования к стабильности частоты выходного напряжения преобразователя в диапазонах низких и инфранизких частот при минимальном уровне излучаемых радиопомех.Известен преобразователь постоянного напряжения в переменное, содержащий два генератора колебаний, выходные сигналы которых складываются или вычитаются для получения результирующего выходного напряжения 1 .Известен способ управления преобразователем с промежуточным звеном повышенной частоты на двух инверторах с выходным непосредственным преобразователем частоты, обеспечивающий синусоидальную форму выходного напряжения с регулируемыми от нуля параметрами (амплитуды, чатоты) 2.Известны также устщие данный способ, соде тора резонансного типа с выходными трансформаторами, выходные обмотки которых подключены к нагрузке через реверсивный мост 3 и 4.Известные устройства позволяют получить на выходе преобразователя практически синусоидальное напряжение, регулируемое по частоте и величине от нуля до номинального значения. Для обеспечения работоспособности такого рода устройств в 10 диапазонах низких и инфранизких частотдолжны быть приняты дополнительные меры, обусловленные тем, что в колебательных инверторах, составляющих основу преобразова теля, при изменениях нагрузок (в данном случае происходящих из-за амплитудной модуляции) меняется добротность К 1 С контура, при этом коммутация тиристоров может нарушиться. Известно, что параллельный конденсатор, подключенный к первичной обмотке выходного трансформатора колебательного инвертора позволяет обеспечить достаточную добротность контура при изменениях нагрузки, однако при уменьшении величины активной составляющей тока нагрузки резонансная частота контура возрас 955449тает и выходное напряжение инверторов значительно повышается.Известно также, что такое повышение напряжения можно ограничить, если дополнительную обмотку выходного трансформатора инвертора через выпрямительный мост и дроссель подключить к шинам источника питания 3.Как только напряжение на входе выпрямительного моста превысит напряжение питания, диоды начнут пропускать ток от инвертора к источнику. Применение таких мер в преобразователях на двух колебательных инверторах с выходным реверсивным выпрямителем 4 и 5. усложняет устройство, снижает надежность его работы, увеличивает массу и габариты преобразователя.Наиболее близким по технической сущности является преобразователь с промежуточным звеном повышенной частоты, содержащий два инвертора с выходными трансформаторамн, пары согласно-последовательно соединенных вторичных обмоток которых подключены к входу демодулятора (реверсивного моста) 5.Недостатками устройства являются пониженная коммутационная устойчивость инверторов и вследствие этого низкая надежность работы преобразователя. Применение известных мер 3 и 4 для устранения этого недостатка усложняет устройство.Цель изобретения - упрощение и повышение надежности работы преобразователя,Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе постоянного напряжения в квазисинусоидальное, содержащем два инвертора резонансного типа с выходными трансформаторами, пары согласно-последовательно соединенных основных вторичныхобмоток которых подключены к входу каждого трансформатора через выпрямитель и дроссель связана с шинами питания инверторов, указанные дополнительные обмотки трансформаторов соединены между . собойвстречно-последовательно и подключены к входу общего выпрямителя,На фиг. 1 приведена схема преобразователя постоянного напряжения в переменное синусоидальное; на фиг. 2 - временные диаграммы, объясняющие принцип работы 5о2025 зо3545 устройства.Преобразователь содержит резонансные инверторы 1 и 2 с выходными трансформаторами 3 и 4, основные вторичные обмотки 5, 6 и 7, 8 которых соединены согласно-последовательно, а дополнительные обмотки 9, 10 встречно-последовательно, выпрямительный мост 11, дроссель 12, демодулятор 13, нагрузку 14.Преобразователь работает следующим об разом. 55Инверторы 1 и 2 работают на повышенной частоте (порядка 5 кГц), причем частота У первого инвертора отличается от частоты с второго инвертора на величину, равную удвоенной выходной частоте преобразователя.При сложении выходных напряжений 15 и 16 высокочастотных инверторов 1 и 2, работающих на близких частотах, мгновенные значения которых имеют вид соответственно, и, =.1.1 щ з 1 пьГ, пз= Цяпь/1 на парах согласно-последовательно соединенных вторичных обмотках 5, 8 и 6, 7 трансформаторов 3, 4 получим напряжение 171.1 тр = 211 вяп(- -)1 сов( - =-) Ф, где 1.1 р - суммарное выходное напряжение 17, снимаемое с обмоток трансформаторов, представляет собой высокочастотное синусоидальное напряжение с угловой частотой И = в в вв , Его амплитуда изменяется по+ ыя2косинусоидальному закону со значительно меньшей угловой частотой Я= в ":"2- (фиг. 2,позиция 17).2Это напряжение 17 реверсивно выпрямляется (фиг. 2,позиция 18) посредством демодулятора 13 и поступает на нагрузку 14. Одновременно на встречно-последовательно соединенных дополнительных обмотках 9 и 1 О трансформаторов 3 и 4 формируется напряжение, представляющее собой высокочастотное синусоидальное напряжение, амплитуда которого изменяется по синусоидальному закону с частотой, равной выходной частоте преобразователя и сдвигом фазы на 90 по отношению к огибающей напряжения 18, График этого напряжения представлен на позиции 19, фиг, 2.Специфика работы преобразователя заключается в том, что из-замодуляции напряжения (фиг, 2, позиции 17 - 20) амплитудное значение эквивалентного тока нагрузки каждого инвертора будет периодически меняться по величине от нуля до номинального значения, Кроме этого, вне зависимости от характера нагрузки преобразователя, которая вносит постоянный сдвиг, эквивалентный ток нагрузки будет иметь как емкостной, так и индуктивный характер в течение полупериода выходного напряжения преобразователя.Для пояснения сущности протекающих процессов рассмотрим электромагнитные процессы в каждом из инверторов. Число витков обмоток 9 и 10 выбирают таким образом, что основную часть полупериода выходного напряжения преобразователя вносимое в колебательный й 1.С - контур инвертора активное сопротивление имеет существенную величину, выпрями- тельный мост закрыт и пульсирующий ток, потребляемый от источника, протекает по цепям колебательного инвертора, ответвляясь в нагрузку.В моменты минимума выходного напряжения 18 преобразователя напряжение 20 на выходе выпрямительного моста 11 имеет максимальное значение по двум причинам:955449из-за сдвига ваз на 90 между напряжениями 18 и 20 и из-за возрастания амплитудывыходного напряжения 15 и 16 инверторов1 и 2, работающих в режимах, близких кХХ. Среднее значение потребляемого от источника тока практически равно нулю, приуменьшении тока нагрузки каждый инвертор загружается выпрямительным мостом,при увеличении тока нагрузки выпрямительсбрасывает ток.В моменты включения в работу выпрямительного моста уменьшение вносимого активного сопротивления нагрузки еще незначительно и большая часть энергии, накопленной в первую часть полупериода несущей частоты в реактивных элементах инвертора, отдается в нагрузку. Неиспользованная часть энергии в течение второй частиполупериода возвращается в источник,уменьшая долю потребляемого от источникатока,Стабилизация нагрузочной характеристики каждого инвертора благоприятно сказывается на динамических характеристикахпреобразователя, улучшает его коммутационную устойчивость и, в результате, повышаетнадежность его работы.Дроссель 12 используется для уменьшения влияния цепей отвода (дополнительныеобмотки 9 и 10 трансформаторов 3 и 4 выпрямительный мост 11, дроссель 12) избыточной электромагнитной энергии инверторов 1 и 2 на источник питания и инверторы(предотвращает искажение формы выходного напряжения преобразователя). Формула изобретения Для обеспечения работы преобразователя на нагрузку активно-индуктивного характера ключи переменного тока демодулятора 13 могут быть выполнены в виде встречно- параллельно включенных тиристоров (фиг. 1), транзистора, включенного в диагональ постоянного тока диодного моста, других известных схемотехнических решений, представляющих различные комбинации транзисторов и диодов.Таким образом, предлагаемое устройство позволяет кроме вышесказанного, во-первых,упростить известное решение количественно, т.е. использовать один выпрямительный мост и дроссель вместо двух, во-вторых, существенно уменьшить величину пульсаций потребляемого от источника тока и более равномерно загрузить диоды выпрямительного моста, поскольку моменты возврата избыточной энергии каждым инвертором разнесены во времени. Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное, содержащий дваинвертора резонансного типа с выходнымитрансформаторами, пары согласно-последовательно соединенных основных вторичныхобмоток которых подключень к входу демодулятора, а дополнительная вторичная обмотка каждого трансформатора через выпрямитель и дроссель связана с шинами пи 20 тания инверторов, отличающийся тем, что,с целью упрощения и повышения надежностиработы, указанные дополнительные обмоткитрансформаторов соединены между собойвстречно-последовательно и подключены квходу общего выпрямителя.25Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Великобритании1088482,кл.(Н 02 М) Н 2 Г, 1965.2. Авторское свидетельство СССРз 0604122, кл, Н 02 Р 13/18, 19783. Патент Японии47 - 26257,кл. 5606, С (Н 02 М), 1972.4. Мельничук Л. П., Новосельцев А. В.,Дыхненко Ю. И. Системы управления полупроводниковыми модуляционными преобраЗ 5 зователями с промежуточным звеном высокой частоты и синусоидальной формой выходного напряжения. Препринт. Киев, изд-воАН УССР, 1979, с. 4, рис. 1.5. Мельничук Л. П. Однофазный инвертор низкой частоты. - В кн. Проблемы тех 40ническои электродинамики, вып, 45. Киев,Наукова думка, 1974, с. 71, рис. 3 (прототип).955449Юиг 1 Фиг 2Составитель Г. Мыцык Редактор Е. Папп Техред А. Бойкас Корректор Г. Решетник Заказ 6469(73 Тираж 72 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д, 4/5Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4